深圳基坑工程及支護(hù)技術(shù)發(fā)展與展望

深圳基坑工程及支護(hù)技術(shù)發(fā)展與展望

1深圳地區(qū)基坑工程發(fā)展現(xiàn)狀及原因深圳是中國第一個(gè)開展深基坑技術(shù)研究和應(yīng)用的城市之一。目前，項(xiàng)目數(shù)量眾多、規(guī)模大、應(yīng)用全面、成熟的城市之一。深圳地區(qū)有著獨(dú)特的地理位置及地質(zhì)條件、發(fā)達(dá)的社會經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)勁的城市建設(shè)規(guī)模與需求、較為寬松的工程建設(shè)管理制度、對全國各地先進(jìn)技術(shù)及專業(yè)技術(shù)人才較強(qiáng)的引進(jìn)與消化能力,這些因素決定了深圳地區(qū)基坑工程技術(shù)應(yīng)用及管理水平一直在國內(nèi)居先進(jìn)水平及重要的地位?？梢哉f,深圳地區(qū)基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用史就是國內(nèi)基坑工程發(fā)展史的縮影。回顧總結(jié)深圳地區(qū)基坑工程的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀,不只是為了記載歷史,更重要的可以指明基坑工程的發(fā)展方向及推廣使用一些先進(jìn)的技術(shù),這對深圳地區(qū)的基坑工程及技術(shù)發(fā)展有益,對其它城市也具有較強(qiáng)的參考意義。2地基地質(zhì)及工程地質(zhì)條件深圳市大致呈EW寬SN窄的狹長形,地勢總體EN高、WS低。地貌大體可歸納為山地地貌帶、臺地地貌帶及海岸地貌帶等3個(gè)地貌帶,水系大致可分為北部的東江水系、南部的海灣水系及西部的珠江水系,地下水類型可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水及硅酸鹽類裂隙溶洞水3類。深圳地區(qū)與基坑工程有關(guān)的主要地質(zhì)問題有:(1)斷裂與擠壓破碎帶。擠壓作用使巖石破碎呈碎裂狀、碎塊狀、糜棱狀和泥狀,并造成周邊巖石裂隙發(fā)育、強(qiáng)度和承載力降低。深圳業(yè)界內(nèi)解決該問題的思路為:認(rèn)為深圳斷裂不屬于發(fā)震斷裂,擠壓破碎帶(未膠結(jié))的強(qiáng)度與強(qiáng)風(fēng)化相當(dāng),斜坡工程的穩(wěn)定性主要是受巖體的空間構(gòu)造形態(tài)、尤其是結(jié)構(gòu)面及裂隙中水的控制。(2)花崗巖殘積土?？煞譃榈[質(zhì)黏性土、砂質(zhì)黏性土及黏性土,礦物中的長石、云母已風(fēng)化成黏土,堅(jiān)硬的石英顆粒仍在,砂礫含量極高,最高可達(dá)50%,粒組不均勻、級配不良、缺少中間顆粒、“兩頭多、中間少”,其工程性質(zhì)兼具砂土及黏性土的性質(zhì)。天然狀態(tài)下物理力學(xué)性質(zhì)較好,承載力較高,但在含水狀態(tài)下一經(jīng)擾動極易軟化產(chǎn)生流泥涌土現(xiàn)象,強(qiáng)度銳減。(3)花崗巖風(fēng)化球?；◢弾r殘積土中普遍存在著未風(fēng)化的球體,俗稱孤石,給基礎(chǔ)、基坑支護(hù)選型及施工帶來不少麻煩。至今尚無解決問題良策。基坑不深時(shí),一般允許大的風(fēng)化球鑲嵌在斜坡上,不需挖除。(4)軟土。主要有淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)砂、泥炭、泥炭質(zhì)土、浮泥、流塑狀粉質(zhì)黏土等,其中淤泥及淤泥質(zhì)土普遍存在于沿海沿河地區(qū),厚度一般為3~10m,最深超過20m,海灘地貌表層淤泥含水量可達(dá)100%以上,基本呈流動狀態(tài)。海陸交互相沉積淤泥及淤泥質(zhì)土含水量一般為40%~60%,流塑狀態(tài)。幾乎都屬于欠固結(jié)土,強(qiáng)度低,變形大,固結(jié)慢。(5)巖溶。有地表的溶溝、溶槽、石芽、落水洞,地下的溶洞、暗河、石筍、鐘乳石,以及上覆土層中伴生存在的土洞等,巖性一般為石灰?guī)r、白云巖及泥灰?guī)r,巖質(zhì)堅(jiān)硬,巖樣單軸抗壓強(qiáng)度常為50~100MPa以上。主要特點(diǎn)有:溶洞分布無規(guī)律性,沿豎向可能有幾層;溶洞地下水常與附近河流等外部水源有水力聯(lián)系;巖面起伏變化大;巖面處因有地下水聚集,上伏土常呈軟塑狀;地下水的變動和上覆壓力的增加等原因可能會造成土洞塌陷。基坑工程中往往需要切斷溶洞中地下水與外界的水力聯(lián)系,及填充淺層土洞。(6)大面積深厚填土。隨著城市建設(shè)用地的日益緊張,高挖深埋、開山造地、填海造陸已成為深圳地區(qū)工程建設(shè)用地的重要來源,局部地區(qū)堆填厚度甚至超過30m。以素填土為主,少部分區(qū)域有雜填土、沖填土;除了道路、海堤等少量工程有序填筑,大多數(shù)工程無序堆填,很難判斷填土的堆填時(shí)間、填料成份、壓實(shí)狀態(tài)等工程性質(zhì),給工程應(yīng)用帶來了很大不便。部分區(qū)域直接用塊石堆填,止水、基坑支護(hù)及工程樁施工都非常困難,塊石填海地段中尤為困難。(7)砂卵石及填石。有些場地沖洪積層中含有巨大孤石,粒徑最大可達(dá)3~5m,不少場地砂卵石層中的地下水與河水、海水等外界水源有水力聯(lián)系甚至為動水,基坑施工及止水都很困難。(8)地下水。地下水位高,埋深一般為2~3m,水量總體豐富,土層滲透性強(qiáng),大部分砂石層中孔隙水為微承壓水,部分地區(qū)砂石層中地下水為動水,靠近海邊時(shí)為海水,基巖裂隙水發(fā)育且?guī)谉o止水良策,絕大多數(shù)基坑都要以地下水處理為設(shè)計(jì)核心及施工重點(diǎn)問題。此外,臺風(fēng)暴雨頻發(fā),水量補(bǔ)給充沛,也給基坑工程帶來一定困難。(9)基巖。部分區(qū)域第四系土層較薄,下伏中風(fēng)化及微風(fēng)化基巖埋深較淺,近些年來隨著基坑深度的日益增加,巖質(zhì)基坑及半巖半土基坑越來越多。此外,局部區(qū)域還有微濕陷性土、微膨脹土、古滑坡及飽和粉土等。綜上所述,深圳地區(qū)集中了全國大部分地區(qū)的巖土類型,其復(fù)雜程度在全國甚至全世界的大中城市中都是罕見的。這決定了基坑工程及支護(hù)技術(shù)必然也具有復(fù)雜、多樣、多變、困難等特征。3基坑開挖趨勢基坑的幾何特征、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境特點(diǎn)、不同地區(qū)建設(shè)行政主管部門管理規(guī)定等,決定了該地區(qū)基坑支護(hù)技術(shù)形式。21世紀(jì)以來,深圳城市建筑不斷朝著多、高、深、密、近、大、復(fù)雜方向發(fā)展,基坑支護(hù)技術(shù)也不斷呈現(xiàn)出新的變化:(1)數(shù)量多,每年都有幾十至上百個(gè)基坑出現(xiàn),高峰年估計(jì)有200個(gè)。不過,隨著城市建設(shè)用地的日趨緊張及建筑物的日趨飽和,近幾年基坑總數(shù)量已呈逐年下降趨勢。(2)平均深度越來越深,大多為2~4層地下室,深度20m以上基坑已成為常態(tài),最深的平安國際金融中心已達(dá)31.8m。(3)來源廣泛,仍以建筑物地下室開挖為主,但地下管線等市政設(shè)施、公路、鐵路、港口、人防、機(jī)場、地鐵、地下商場、地下構(gòu)筑物、交通綜合體等開挖產(chǎn)生的基坑比例有逐年增加趨勢。(4)規(guī)模大,平面形狀復(fù)雜,很多小區(qū)紅線范圍內(nèi)全部設(shè)置成地下室,動輒基坑開口面積達(dá)數(shù)萬平方米。(5)周邊建筑物林立、距離越來越近,市政管線密布,環(huán)境越來越復(fù)雜,對基坑開挖及變形控制的要求越來越高。(6)地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。隨著城市建設(shè)用地的日益減少,開山造地、填海造陸、舊城改造項(xiàng)目越來越多,工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。(7)地鐵線路越來越多,分布越來越密,基坑越來越難脫離地鐵的影響。地鐵對變形要求非常嚴(yán)格,大大增加了基坑工程的難度及工程造價(jià)。而且,地鐵施工時(shí)不可避免地會對周邊環(huán)境造成不良影響,導(dǎo)致沿線建筑物下沉開裂已成為普遍現(xiàn)象,在地鐵沿線附近開挖基坑,容易加重這些已受損的周邊環(huán)境的損傷程度。(8)開挖技術(shù)向多元化、復(fù)雜化、組合化發(fā)展,各種明挖、暗挖(盾構(gòu)、導(dǎo)向鉆進(jìn)、逆作等)、蓋挖等開挖形式并存,全國各地的技術(shù)在深圳地區(qū)幾乎都有體現(xiàn)。4基礎(chǔ)環(huán)境安全和正常使用問題基坑要完成三大功能,即保證主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間、支護(hù)體系本身的安全及周邊環(huán)境(建構(gòu)筑物、地下管線及設(shè)施、道路等)的安全和正常使用。隨著對三大功能認(rèn)識的逐步擴(kuò)大與加深,以及對各種土層及周邊環(huán)境等基坑工作條件的逐漸了解及深入理解,業(yè)界相應(yīng)的對策在不斷發(fā)展變化,使基坑工程產(chǎn)生了不同的發(fā)展階段。4.1基坑開挖與支護(hù)工程下室20世紀(jì)80年代為第一階段——初級經(jīng)驗(yàn)階段。80年代初,深圳開始大興土木,有些建筑物設(shè)置了地下室,出現(xiàn)基坑開挖與支護(hù)工程。與其他城市類似,深圳早期基坑工程特點(diǎn)為:開挖深度淺(多為1層地下室),規(guī)模小,周邊環(huán)境簡單,支護(hù)技術(shù)簡單(一般放坡開挖、簡單護(hù)面,或采用鋼板樁、木樁簡單支擋),采用明排或降水方式處理地下水,不用理論計(jì)算完全憑借經(jīng)驗(yàn),幾乎沒有監(jiān)測,設(shè)計(jì)施工不需專項(xiàng)資質(zhì)。4.2基坑支護(hù)技術(shù)日益成熟20世紀(jì)90年代初期至中期為第二階段,深基坑支護(hù)開始作為一門獨(dú)立的巖土工程技術(shù)得到研究應(yīng)用并迅速發(fā)展。這個(gè)階段,深圳城市建設(shè)迅猛發(fā)展,基坑大量涌現(xiàn),深基坑及支護(hù)概念形成并被迅速普及,排樁、地下連續(xù)墻、攪拌樁重力式擋墻等各種較傳統(tǒng)的基坑支護(hù)技術(shù)紛紛得到應(yīng)用,以土釘墻(包括復(fù)合土釘墻)為代表的嶄新技術(shù)在深圳率先登臺亮相,總的來說以排樁技術(shù)為市場主流。種種原因,第二階段基坑工程事故頻發(fā)。為此深圳市1993年初在國內(nèi)率先發(fā)布了《深基坑設(shè)計(jì)與施工管理規(guī)定》,并進(jìn)行了幾次修訂,對基坑工程的各環(huán)節(jié)、工程各相關(guān)單位及從業(yè)人員的資格、職權(quán)責(zé)等進(jìn)行了全面具體要求;同時(shí)在國內(nèi)率先實(shí)施了設(shè)計(jì)方案專家審查制度;之后又于1996年實(shí)施了《深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SJG05—96)。當(dāng)時(shí)國內(nèi)尚未有類似的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),該規(guī)范總體上達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平,從此深圳基坑工程管理結(jié)束了無序行為,進(jìn)入了有法可依、有章可循、理論指導(dǎo)實(shí)踐階段。4.3中期、40年生中國基坑支護(hù)發(fā)展階段1998~2004年為第三階段,可視為土釘墻時(shí)代。20世紀(jì)90年代初期,技術(shù)人員開始在深圳地區(qū)基坑支護(hù)中嘗試該技術(shù),經(jīng)過幾年的摸索,至90年代中期基本成熟?；又ёo(hù)技術(shù)規(guī)范的實(shí)施,促使這一技術(shù)得到普及推廣,迅速占領(lǐng)了市場,1998~2004年間(施工時(shí)間),其市場占有率每年達(dá)60%~80%以上,當(dāng)時(shí)普遍“有條件要用,沒有條件創(chuàng)造條件也要用”,過度迷信與使用不當(dāng),導(dǎo)致土釘墻工程事故或險(xiǎn)情屢屢發(fā)生。第三階段也是新技術(shù)推出較快、多種支護(hù)走向成熟階段。這個(gè)階段,國家、行業(yè)、地區(qū)多種綜合及專項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)紛紛出臺,計(jì)算機(jī)及商業(yè)計(jì)算軟件得到了普及,基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)入了電算化時(shí)代。4.4檢測方向和難點(diǎn)2005年以后進(jìn)入第四階段,即各種技術(shù)的理性應(yīng)用階段。各種支護(hù)技術(shù)基本成熟,新技術(shù)推出步伐變緩,組合化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,基坑支護(hù)設(shè)計(jì)從承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、即強(qiáng)度設(shè)計(jì)開始向兼顧正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、即變形設(shè)計(jì)方向進(jìn)步。多種因素致使土釘墻受到了較多較大限制,一些更安全、更環(huán)保的技術(shù)受到重視。在設(shè)計(jì)理論上,有限元、有限差分法等一些數(shù)值分析方法得到較多應(yīng)用,但仍要靠工程經(jīng)驗(yàn)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判斷。第四階段,深圳已經(jīng)擁有數(shù)十名理論知識扎實(shí)、工程經(jīng)驗(yàn)豐富的專家學(xué)者,有了他們及較詳盡的管理制度和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的把關(guān),深基坑工程安全事故已經(jīng)很少,重大安全事故基本絕跡?；邮鹿驶螂U(xiǎn)情中,設(shè)計(jì)原因或主要為設(shè)計(jì)原因引起的已經(jīng)較少,估算已不到20%。4.5基坑變形控制深圳是國內(nèi)較早重視基坑變形問題的城市之一,1996年實(shí)施的《深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SJG05—96)提供了變形參考指標(biāo),其修訂版《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SJG05—2011)進(jìn)行了調(diào)整并確定為變形控制指標(biāo)。2009年,深圳修改了對地鐵周邊50m范圍內(nèi)基坑的開挖要求,要求基坑開挖引起的地鐵主要結(jié)構(gòu)物變形不得超過5mm,附屬結(jié)構(gòu)物變形不得超過20mm。這一規(guī)定很嚴(yán)格,工程中一般方法很難達(dá)到,故改變了地鐵周邊基坑的支護(hù)形式及地下工程的施工方式,使得全套管鉆孔咬合樁及地下連續(xù)墻這些在深圳地區(qū)建筑基坑中很少使用的支護(hù)形式,及逆作法等施工方法得到了越來越多的應(yīng)用?；又苓叚h(huán)境中,如建(構(gòu))筑物、地鐵、道路、管線等,通常有準(zhǔn)確或粗略的變形控制指標(biāo),如果變形超過指標(biāo),可能會造成有害損傷,基坑設(shè)計(jì)與施工應(yīng)保證基坑變形引起的周邊環(huán)境的變形值不超過其相應(yīng)的控制指標(biāo)。但是,業(yè)界尚不清楚如何準(zhǔn)確計(jì)算基坑變形,缺少較成熟的變形經(jīng)驗(yàn)公式,有時(shí)甚至提不出準(zhǔn)確的基坑變形控制指標(biāo),也不清楚基坑變形與周邊環(huán)境變形之間的定量對應(yīng)關(guān)系。近一兩年發(fā)布實(shí)施的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99—2012)及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)等全國性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),均提出了對基坑的變形控制要求,但均沒有提供計(jì)算方法及控制指標(biāo),說明了基坑變形問題非常復(fù)雜,故難言目前已進(jìn)入變形控制階段。但無論如何,變形及強(qiáng)度共同控制、以變形控制為主的基坑工程發(fā)展的第五階段就要到來。5基坑降水技術(shù)深圳地區(qū)復(fù)雜多變的地質(zhì)條件等因素決定了基坑支護(hù)方法很多。對1992~2011年深圳地區(qū)402個(gè)基坑工程統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:土釘墻類使用率為49.8%,排樁類38.1%,其他為12.1%。組合支護(hù)類沒有單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。從發(fā)展趨勢來看,近幾年土釘墻及預(yù)應(yīng)力錨桿使用率逐漸下降,排樁(包括咬合樁)、地下連續(xù)墻及內(nèi)支撐使用率逐漸上升,降水類技術(shù)基本不用。地下水控制方面,早期基坑僅使用明溝及集水坑明排水,開挖困難;之后采用井點(diǎn)或管井降水,取得一定效果;再之后在基坑周邊設(shè)置止水帷幕,坑內(nèi)降水或者明排水,效果良好。深圳地區(qū)大多地層對失水較敏感,基坑降水容易對周邊環(huán)境造成不良影響,即使基坑四周均是弱透水層,隨著基坑深度增加及暴露時(shí)間增加,也會造成地下水流失及土體蠕變,引起地表沉降。故目前基坑設(shè)計(jì)時(shí),如果周邊環(huán)境較復(fù)雜,或?qū)λ亮魇Ъ盎幼冃屋^敏感或基坑較深時(shí),不管土層是強(qiáng)透水層還是弱透水層,普遍設(shè)置止水帷幕。6國內(nèi)新型地質(zhì)新技術(shù)的應(yīng)用深圳一直是國內(nèi)多種基坑支護(hù)技術(shù)的試驗(yàn)田,在基坑工程30余年的發(fā)展過程中,針對獨(dú)特的地質(zhì)條件等區(qū)域特點(diǎn),自行研發(fā)或在國內(nèi)率先采用了多種新技術(shù),如土釘墻類、咬合樁類、錨桿類等,目前有些新技術(shù)值得向全國推廣。6.1旋挖—咬合樁類(1)全套管鉆孔咬合樁。2000年在深圳地鐵1#線金田—益田區(qū)間基坑支護(hù)工程中國內(nèi)首次成功應(yīng)用。技術(shù)特點(diǎn)為:(1)全程采用超前鋼套管護(hù)壁,抓斗挖孔,近于干法,成孔質(zhì)量高,無泥漿,無塌孔,無沖擊,無振動,噪音小,安全性好,混凝土強(qiáng)度高;(2)相鄰樁咬合緊密,止水效果好。工藝為:分A,B兩序,A樁一般為素混凝土樁(也可置入鋼筋籠),B樁為鋼筋混凝土樁,按A1→A2→B1→A3→B2的次序施工,如圖1所示。A樁灌注超緩凝混凝土,初凝時(shí)間一般60~72h;相鄰B樁在A樁混凝土初凝前完成;因有鋼套管超前護(hù)壁,B樁成孔時(shí)A樁混凝土不會串孔;在地面按圖1所示形狀設(shè)置導(dǎo)墻,鉆機(jī)沿導(dǎo)墻下挖,相鄰樁被強(qiáng)制咬合。該樁優(yōu)點(diǎn)與地下連續(xù)墻相似但工程造價(jià)稍低。(2)旋挖–攪拌咬合樁。較為傳統(tǒng)的排樁施工工藝為泥漿護(hù)壁鉆孔樁、沖孔樁、挖孔樁及長螺旋樁等灌注樁,與水泥土樁聯(lián)合形成止水帷幕時(shí)主要有2類形式:(1)排樁、高壓噴射注漿法或深層攪拌法形成的水泥土樁均單獨(dú)成排,水泥土樁相互搭接成墻形成止水帷幕;(2)排樁先施工,然后在樁間采用高壓旋噴樁或擺噴樁與排樁搭接,共同形成排樁–旋噴樁止水帷幕。近幾年隨著旋挖樁在全國范圍內(nèi)基坑工程中的普遍應(yīng)用,產(chǎn)生了更多的止水帷幕形式,旋挖–攪拌咬合樁便是其中的一種。該方法為:先施工攪拌樁,再施工旋挖樁,旋挖樁與攪拌樁共同形成止水帷幕,如圖2所示。由于攪拌樁成樁質(zhì)量好、工程造價(jià)低,這種止水帷幕要優(yōu)于排樁–旋噴樁止水帷幕。技術(shù)要點(diǎn):排樁一定要用旋挖工藝,因攪拌樁水泥土強(qiáng)度一般僅為1~2MPa,旋樁機(jī)可輕松切割且不會造成水泥土破壞;如鉆孔或沖孔,則易偏樁傾斜,搭接效果較難保證。本工藝已在深圳地區(qū)開始使用。(3)旋挖咬合樁。攪拌樁受地質(zhì)條件的限制較多:如果土層中夾雜塊石、硬夾層,或要求穿過全風(fēng)化甚至強(qiáng)風(fēng)化巖時(shí),攪拌樁受機(jī)械能力限制成孔困難;強(qiáng)度及防滲性受原狀土限制,在淤泥等軟弱土層中強(qiáng)度低防滲性能差;砂卵石層及較密實(shí)的粗礫砂層受機(jī)械能力限制很難成孔;樁較長時(shí)在基坑底部容易分岔漏水,等,故旋挖–攪拌咬合樁在這些情況下應(yīng)用受到限制。此時(shí)可采用旋挖咬合樁。施工工藝為:素樁與鋼筋混凝土樁均采用旋挖工藝,一素一筋或兩素一筋,素樁灌注現(xiàn)場攪拌的水泥土,終凝并達(dá)到一定強(qiáng)度后開挖相鄰鋼筋混凝土樁。由于素樁為水泥土樁,旋樁機(jī)可輕松切割且不會造成水泥土破壞。與全套管鉆孔咬合樁相比,旋挖咬合樁工作效率可提高5~6倍,不需設(shè)置導(dǎo)墻,工程造價(jià)降低20%~30%。該技術(shù)難點(diǎn)為水泥土配方,既要保證水泥土強(qiáng)度足夠又要保證有一定的和易性。本工藝已在深圳地區(qū)開始使用。(4)沖孔水泥土咬合樁。填石層中如何止水一直是工程中的難點(diǎn)問題,尤其是地下水有流動性時(shí)。通常采用旋噴樁作為止水帷幕,但填石中旋噴樁質(zhì)量很難得到保證,且成孔很困難。沖擊成孔是對付填石比較有效的辦法,可用沖孔樁兩兩相互切割形成咬合樁。與旋挖咬合樁類似,相鄰樁分為素樁與鋼筋混凝土樁,一素一筋或兩素一筋,素樁灌注現(xiàn)場攪拌的水泥土,終凝并達(dá)到一定強(qiáng)度后再施工相鄰樁。如果僅作為帷幕可均為素樁。為保證樁位準(zhǔn)確及開孔的垂直度,地面宜設(shè)置導(dǎo)墻。由于素樁為水泥土樁,相割樁沖擊成孔時(shí)不會造成水泥土破壞,如采用混凝土,則容易受到破壞且容易造成相割樁傾斜。6.2壓力型錨索t技術(shù)特點(diǎn)(1)自進(jìn)攪拌式錨索。錨桿鉆機(jī)在松散土層、飽水粉細(xì)砂層及淤泥等軟土中,易塌孔,易造成水土流失影響周邊環(huán)境,錨固體與土層的黏結(jié)強(qiáng)度較低。自進(jìn)式攪拌錨索適用于這些地質(zhì)條件,特點(diǎn)為:采用一次性三翼鉆頭;鉆頭上帶有注漿孔;鉆頭與鉆桿相接,鉆桿同時(shí)作為注漿管;鉆頭后設(shè)置一個(gè)一次性承壓盤,鋼絞線錨固在承壓盤上,承壓盤套在鉆桿上,不隨鉆具轉(zhuǎn)動;鉆具進(jìn)尺進(jìn)程中,鋼絞線被定位環(huán)松攏在鉆桿周邊,不隨鉆桿轉(zhuǎn)動;鋼絞線設(shè)置自由段及錨固段;鉆頭帶漿進(jìn)尺,將漿液與原位土就地?cái)嚢栊纬伤嗤?到達(dá)預(yù)定深度后,鉆桿反轉(zhuǎn),在承壓盤處與鉆頭脫開,將鉆頭、承壓盤與鋼絞線一起留在鉆孔內(nèi),此時(shí)孔內(nèi)被水泥土填充。由于承壓盤的錨固效果顯著,本工藝形成的錨索具有壓力型錨索的工作特征。可采用地質(zhì)鉆機(jī)等小型機(jī)具施工,成本較低,在錨索設(shè)計(jì)承載力不高時(shí)(如不大于400kN)可采用。本技術(shù)已在深圳地區(qū)有一定應(yīng)用。(2)高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿。工程中使用量最大的是黏結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨桿。黏結(jié)型錨桿靠錨固體與周邊巖土體的黏結(jié)摩阻而獲得錨固力,因黏結(jié)強(qiáng)度隨錨固段的加長而減小,故通過增加錨固體長度而獲得較高錨固力的做法不經(jīng)濟(jì)且不易實(shí)現(xiàn)。為獲得較大的錨固力,通常采用荷載分散型錨桿及擴(kuò)體錨桿等。擴(kuò)體錨桿,俗稱擴(kuò)大頭錨桿,目前尚沒有得到普遍應(yīng)用,主要原因是擴(kuò)孔困難且可靠性較差。一般通過4種方法擴(kuò)孔:機(jī)械法、爆破法、液流切割法及壓漿法。高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿為一種液流切割方法,采用高壓(噴射壓力一般20~40MPa)噴射注漿,在普通拉力型錨桿尾部一定范圍內(nèi)(通常為3~8m)切割土體擴(kuò)孔,擴(kuò)孔直徑可達(dá)0.5~1.5m,再用水泥漿或水泥砂漿置換孔內(nèi)泥漿填充孔洞,從而形成擴(kuò)大頭,產(chǎn)生較大的錨固力。本技術(shù)已經(jīng)在全國各地?cái)?shù)個(gè)工程中成功應(yīng)用。(3)囊式擴(kuò)體錨桿。裝配式承壓型囊式擴(kuò)體錨桿如圖3所示,錨桿尾部為一個(gè)囊體,膨脹擠擴(kuò)后形成端承錨固段,桿體為無黏結(jié)鋼絞線,其工藝為:囊體與桿體及注漿管裝配好,置入鉆孔內(nèi),之后向囊體內(nèi)注入水泥漿;隨著漿體的注入,囊體膨脹擠擴(kuò)逐漸達(dá)到預(yù)設(shè)形狀,囊體周圍土體逐漸被壓密。技術(shù)特點(diǎn)為:(1)傳統(tǒng)錨桿依靠錨固段與周圍土體的黏結(jié)力和摩擦效應(yīng)來傳力荷載,錨固力的大小取決于有效錨固段的長度及黏結(jié)強(qiáng)度;本擴(kuò)體錨桿主要依靠膨脹擠擴(kuò)體的端壓作用承載,錨固力的大小主要取決于膨脹擠擴(kuò)體的端頭承載面積,所以膨脹擠擴(kuò)體的長度只需滿足能夠?qū)ν馏w有效擠密的要求即可,錨固段的長度一般為2~3m即可,經(jīng)濟(jì)性好。(2)錨固段和自由段完全區(qū)分開,錨桿結(jié)構(gòu)傳力體系和承載機(jī)制簡單明確,單錨錨固力的計(jì)算值和工作荷載的確定更加準(zhǔn)確。(3)防腐容易,適用于永久性工程。(4)其他類型的擴(kuò)大頭錨桿,由于擴(kuò)大頭內(nèi)的泥漿很難清洗干凈,錨固體內(nèi)夾有泥土,強(qiáng)度較低且離散性較大,而本錨桿在囊體內(nèi)注漿,質(zhì)量極為穩(wěn)定且節(jié)省漿液。本技術(shù)已在深圳地區(qū)開始使用。6.3水平實(shí)踐噴流噴嘴(1)大直徑單管旋噴樁。旋噴樁分單管、雙重管、三重管及多重管等幾種形式。單管旋噴樁只采用水泥漿一種介流噴射切割土體且作為固化劑,故以其施工設(shè)備簡單、加固體強(qiáng)度高、泥漿污染小、形成的泥漿污染易處理等突出的優(yōu)點(diǎn),一直在噴射注漿領(lǐng)域占有重要地位。其缺陷是成樁直徑小,一般僅為0.3~0.6m,大大限制了工程應(yīng)用范圍。國內(nèi)外為增大單管噴射注漿直徑作了許多研究,如日本研制的JMM工法,采用深層攪拌樁機(jī)械和旋噴機(jī)械相結(jié)合技術(shù),即在攪拌頭的伸出軸上安裝了高壓射流噴嘴,大大提高了單管旋噴樁直徑,成樁直徑可達(dá)1.0~1.4m;國內(nèi)如煤炭科學(xué)研究總院西安分院研制了與JMM工法類似的多噴嘴異形噴頭,成樁直徑可達(dá)1.2m。這類已研制成功的水平伸出軸單管噴射注漿法在有效提高成樁直徑的同時(shí),存在下列主要缺陷:(1)由于噴頭上設(shè)置了帶有固定水平軸伸出噴嘴,將噴頭送至地下需加固的地層較困難;(2)施工能源消耗成倍增加,所使用的機(jī)械增加了深層攪拌樁機(jī)的動力;(3)由于帶水平伸出軸噴嘴的噴頭在地層中鉆進(jìn)困難,現(xiàn)有方法一般只適合軟土地基加固,不適合礫卵石、含碎石及塊石地基加固。新技術(shù)大直徑單管旋噴樁采用了伸縮式噴射鉆具,克服了上述缺陷。使用該技術(shù),單管旋噴樁直徑增加30%以上,材料浪費(fèi)降低15%以上,單位加固體形成的污染降低35%,工程造價(jià)降低20%以上。該技術(shù)在珠海及深圳一些工程中已進(jìn)行了應(yīng)用,效果顯著。(2)粉水樁。高壓噴射注漿法的水灰比較大,在飽水砂層中漿液易產(chǎn)生離析以及因水泥土加固體含水量大,在水泥用量相同時(shí)加固體強(qiáng)度低;粉體攪拌法在土層中障礙較多及土質(zhì)較硬時(shí)很難進(jìn)尺,且成樁樁徑較小。粉水樁以高壓噴射注漿樁的機(jī)械設(shè)備為主,但用粉體攪拌法的粉體存儲與輸送設(shè)備向樁內(nèi)輸送水泥粉,替代了傳統(tǒng)高壓噴射注漿法中用水泥漿攪拌與輸送設(shè)備輸送的水泥漿,形成了一種新的技術(shù),技術(shù)核心為噴嘴。其特點(diǎn)有:現(xiàn)場冒漿少,廢棄漿液大幅減少;降低了現(xiàn)場環(huán)境污染;節(jié)約水泥,工程造價(jià)低;水泥土加固強(qiáng)度高;故具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了科技成果鑒定,被同行評定為國際先進(jìn),在深圳個(gè)別工程中已開始試驗(yàn)性應(yīng)用。6.4支護(hù)結(jié)構(gòu)形式深圳地區(qū)早在20世紀(jì)90年代初期就已經(jīng)在基坑工程中應(yīng)用雙排樁技術(shù),但因工程造價(jià)高、需占用較寬的場地等原因,一直沒有推廣。近些年隨著基坑越來越深、基坑變形要求越來越高,在預(yù)應(yīng)力錨桿和內(nèi)支撐不適宜使用時(shí),雙排樁因?qū)ψ冃蔚目刂颇芰^強(qiáng)等原因,重新受到了重視,工程應(yīng)用開始增多,支護(hù)深度最深已達(dá)20m。深圳地區(qū)雙排樁有多種工藝形式,挖(鉆、沖)孔灌注樁是最常用形式,其他還有預(yù)應(yīng)力管樁、微型樁、型鋼樁等;平面布置上,前排樁間距與后排樁間距相等或不相等形式均有應(yīng)用;雙排樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)形式也有所應(yīng)用。6.5土釘墻技術(shù)體系土釘墻類支護(hù)技術(shù)可細(xì)分為普通土釘墻及復(fù)合土釘墻,深圳是這類技術(shù)的起源地之一。1996年實(shí)施的《深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SJG05—96),在國內(nèi)率先提出了包括設(shè)計(jì)計(jì)算、施工檢測等內(nèi)容完整的普通土釘墻技術(shù)體系,為土釘墻技術(shù)在全國范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用起到了積極的促進(jìn)作用。該技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展到了復(fù)合土釘墻技術(shù)為主階段,其設(shè)計(jì)計(jì)算一直是業(yè)界的難題,《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SJG05—2011)在國內(nèi)外率先提出了包括全部7種形式的復(fù)合土釘墻的設(shè)計(jì)計(jì)算理論,當(dāng)時(shí)代表了國內(nèi)外最新及最高的設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用水平,2012年5月開始實(shí)施的《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB50739—2011),就是在深圳標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過更加深入細(xì)致地繼續(xù)研究而形成的國家專項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。6.6樁錨支護(hù)體系(1)疏排樁–土釘墻。這是在排樁與土釘墻基礎(chǔ)上發(fā)展起來的較新技術(shù),通常由間距較大的排樁(疏排樁)、樁上的預(yù)應(yīng)力錨桿(或支撐)、樁間的土釘墻(或復(fù)合土釘墻)組成,如圖4所示。每單元疏排樁可為單根或兩根,樁體一般為灌注樁,樁間距為2~6倍樁徑,可以在樁身布置幾排預(yù)應(yīng)力錨索(或支撐)。土釘墻工程造價(jià)較低但安全性也較低,排樁安全性較高但工程造價(jià)也較高,疏排樁–土釘墻支護(hù)體系利用了各自的優(yōu)點(diǎn)又克服了各自的缺點(diǎn):利用樁錨支護(hù)體系剛性大控制變形好的優(yōu)點(diǎn),克服了其造價(jià)高的缺點(diǎn);利用土釘墻體系造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn),克服了其柔性支護(hù)控制變形能力較弱及支護(hù)深度不足的缺點(diǎn),在經(jīng)濟(jì)性與安全性中取得了較好的平衡。(2)撐錨混合支護(hù)。豎向上撐錨混合支護(hù)是近幾年開始應(yīng)用的較新的支護(hù)形式。內(nèi)支撐剛度大,控制基坑變形的能力強(qiáng),但影響土方開挖及工程樁在坑底施工?；雍苌顣r(shí),如果工程樁在地表施工,產(chǎn)生大量空樁增加了工程造價(jià);樁位易在坑底處產(chǎn)生較大偏差,對控制樁身垂直度要求很高;錨桿支護(hù)恰好能夠克服這些缺點(diǎn)。但較深基坑中,錨桿支護(hù)體系的變形相對較大,安全性相對較差。撐錨混合支護(hù)形式通常最上一或兩層采用內(nèi)支撐以控制變形,以下設(shè)置2~4層預(yù)應(yīng)力錨桿,在支撐與坑底之間形成較高的凈空,鉆沖孔樁機(jī)等工程樁機(jī)械可自由行走,基本不影響工程樁的選型。7基坑支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)下面介紹幾個(gè)典型基坑工程案例。這些案例在基坑規(guī)模、深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工流程、支護(hù)方法、新技術(shù)應(yīng)用等各方面特點(diǎn)不一、風(fēng)格各異,但均因地制宜,成功實(shí)施,體現(xiàn)了深圳地區(qū)基坑支護(hù)的多種形式及特點(diǎn),能夠代表深圳地區(qū)目前最新技術(shù)水平。7.1基坑形制及水平位移該項(xiàng)目位于深圳市龍崗區(qū)坂田,為舊城改造項(xiàng)目,分4個(gè)住宅組團(tuán)。場地西、南、東三側(cè)鄰市政道路,道路下市政管線較少;北側(cè)半段鄰山,另半段鄰某扣車場,周邊環(huán)境較簡單。場地原始地貌為殘丘、坡洪積臺地,后經(jīng)人工分區(qū)整平。場地內(nèi)主要地層有人工填土層、耕植土層、坡洪積粉質(zhì)黏土、沖洪積砂土、殘積礫質(zhì)粉質(zhì)黏土,場地下伏基巖為燕山期粗?；◢弾r,分全、強(qiáng)、中風(fēng)化層。地下水位埋深2.5~9.0m。地下室1~6層,基坑形狀不規(guī)則,平面尺寸最長約801m,最寬約663m,面積約28.5×104m2,周長約3180m,深度7.3~31.2m,土方挖運(yùn)量約3.86×106m3,為深圳地區(qū)目前面積最大、深度最深的基坑之一?；悠矫婧偷湫推拭嫒鐖D5所示。有條件放坡時(shí),采用預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合土釘墻支護(hù),放坡寬度不充足或開挖深度大于20m時(shí),采用樁錨支護(hù)、土釘墻或放坡與樁錨組合支護(hù)。為保證錨索設(shè)計(jì)承載力,基坑深度超過20m后采用拉力分散型錨索。項(xiàng)目分四期建設(shè),每期相間約6個(gè)月,目前已完成第一、三、四期基坑作業(yè),正在開挖第二期基坑。已開挖到底的基坑最大水平位移為35~50mm,沉降最大值為20~30mm。本基坑規(guī)模如此之大國內(nèi)外罕見。預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)基坑深度一般不超過25m,而本次最深超過已30m,因幾無良策,也屬無奈之舉,但終較為成功。7.2基坑工程概況該項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)后海,分為南北2組建筑。場地四周空曠,為待建用地及擬建道路。場地原始地貌為海灘,填海造陸而成,但尚未地基處理就已經(jīng)開發(fā)。地層主要為人工填土、海陸交互相沉積淤泥,沖洪積粉質(zhì)黏土、礫砂及淤泥,殘積砂質(zhì)黏性土,風(fēng)化花崗巖層。地下水位埋深0.0~5.0m。基坑分為南、北兩區(qū)分別開挖,面積共約6×104m2,基坑周長約1488m,最大開挖深度18.4m?，F(xiàn)只介紹南區(qū)情況。設(shè)計(jì)采用樁錨支護(hù),樁徑1.0m(見圖6),上部放坡,淤泥層較厚、上覆填土較薄時(shí)上部采用土釘墻,并設(shè)置豎向注漿鋼花管。為在淤泥中獲得足夠的承載力,除了錨桿角度較大、錨固段盡量置入淤泥下較好的土層中外,設(shè)計(jì)采用了拉力分散型預(yù)應(yīng)力錨索。樁間距較小時(shí)樁間采用二重管旋噴樁止水,間距較大時(shí)樁間采用大直徑單管旋噴樁止水,止水效果均較好。基坑工程完成后,樁頂位移一般40~60mm。施工中局部發(fā)生意外,尚未施工第一排錨索便位移近100mm,處理后基本正常。沉降一般為50~80mm。本基坑在深厚淤泥層中采用樁錨與土釘墻組合支護(hù)獲得成功,較為罕見;采用了大直徑單管旋噴樁止水帷幕及拉力分散型預(yù)應(yīng)力錨索等新技術(shù)獲得成功。7.3基坑樁身高度12m該項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)后海,是附近的地標(biāo)建筑。場地四周與市政道路相鄰,道路下市政管線較多。地層主要為人工填土層,海陸交互相沉積淤泥質(zhì)粗砂、礫砂及淤泥質(zhì)土,殘積砂質(zhì)黏性土。地下水位埋深約3.0m。基坑大體為方形,長約153m,寬約146m,面積約2.1×104m2,開挖深度13.7m。設(shè)計(jì)采用上部復(fù)合土釘墻下部樁撐組合支護(hù),如圖7所示,設(shè)單層環(huán)撐,直徑132m,高1.6m,寬1.9mm。樁徑1.2m,間距1.5m,樁間設(shè)二重管旋噴樁止水?；油瓿珊?樁頂水平最大位移36mm。沉降最大值30~40mm。局部樁間帷幕漏水漏砂嚴(yán)重,造成地面局部沉降最大。本基坑采用了超大直徑單圓環(huán)支撐,及樁撐與復(fù)合土釘墻組合支護(hù)形式獲得成功。7.4支護(hù)設(shè)計(jì)及支護(hù)方案該項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)竹子林,為多棟超高層建筑。場地東側(cè)鄰已有高層建筑,其余三側(cè)與市政道路相鄰,道路下有管線,環(huán)境比較復(fù)雜。地層主要為人工填土,第四系沖洪積粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土、礫砂、淤泥質(zhì)黏土、粗砂,第四系殘積礫質(zhì)粉質(zhì)黏土,風(fēng)化花崗巖,分為全、強(qiáng)、中風(fēng)化層。地下水位埋深1.5~2.5m。基坑大體為長方形,長約335m,寬約100m,面積約3.3×104m2,原設(shè)計(jì)開挖深度16.0m,部分區(qū)段開挖到約12m時(shí),開發(fā)商將3層地下室調(diào)整為4層,基坑開挖深度加深至20.0m。原設(shè)計(jì)采用樁錨支護(hù),排樁直徑1.2m間距2.0m,4排預(yù)應(yīng)力錨索?；蛹由?m后,經(jīng)與逆作法、增加支撐等作法相比,最終決定增加一排支護(hù)樁錨支護(hù),如圖8所示?；油瓿珊笞畲笏轿灰萍s49mm,最大沉降約35mm。基坑在開挖過程中大幅度加深情況較為少見,本基坑因地制宜,采用增設(shè)樁錨支護(hù)獲得較好效果。7.5基坑支護(hù)設(shè)計(jì)條件該項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)崗廈,為舊改項(xiàng)目,由一棟250m高的塔樓及5層裙樓組成。場地西、南兩側(cè)鄰市政道路,道路下管線較多,南側(cè)道路下有已運(yùn)營地鐵1#線;東北兩側(cè)與在建崗廈舊改項(xiàng)目相連,周邊環(huán)境復(fù)雜,設(shè)計(jì)施工難度很大。場地原始地貌單元為河流沖洪積階地地貌,主要地層為人工填土,第四系全新統(tǒng)沼澤相沉積有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)黏土、含有機(jī)質(zhì)中砂,第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、粗砂,第四系殘積礫質(zhì)黏土,全風(fēng)化粗?；◢弾r。地下水位埋深2.9~5.0m?；哟笾聻榉叫?面積約1×104m2,長約105m,寬約95m,開挖深度22.6m。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)條件:(1)南側(cè)有運(yùn)營地鐵,如不采用全逆作法,只能采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)體系;(2)崗廈舊改項(xiàng)目已開工,基坑已開挖,在本基坑?xùn)|、北兩側(cè)沿紅線采用土釘墻支護(hù),坡率約1∶1.5,分3級,坑底標(biāo)高與本基坑大致相同;(3)基坑深、水土壓力大,經(jīng)核算,回填后靠本地下室及工程樁承擔(dān)不了全部土側(cè)壓力,本地下室須與崗廈舊改項(xiàng)目地下室相連,將部分土壓力傳遞至對方;(4)崗廈舊改項(xiàng)目體量大,將分期開發(fā),與本項(xiàng)目相接處為裙樓,地下室建成期較晚;(5)本項(xiàng)目塔樓位于場地西南角。解決方案:(1)分艙支護(hù)?；臃帜?、北兩期施工,南期地下室及主體結(jié)構(gòu)正作,北期逆作。先施工南期塔樓及部分裙樓基坑、主體,如圖9所示。如果北期裙樓建成期較晚,南期塔樓及裙樓可先行使用。同時(shí),北期留置土體作為內(nèi)支撐的承壓體,否則南期基坑無法支撐。(2)西、南兩側(cè)采用地下連續(xù)墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu),同時(shí)兼作地下室外墻。南期基坑?xùn)|、北兩側(cè)采用排樁支護(hù),東側(cè)樁錨支護(hù),樁頂隨放坡坡率變化而變化。(3)因放坡體占據(jù)了地下室位置,崗廈舊改項(xiàng)目在施工與本基坑相連段地下室時(shí)要垂直開挖,需二次支護(hù),支護(hù)形式為樁錨,采用可回收式錨索。(4)崗廈舊改項(xiàng)目施工完地下室后,本項(xiàng)目采用逆作法施工北期基坑:施工工程樁,逆作柱,施工地下室首層梁板,梁板與崗廈舊改項(xiàng)目地下室首層頂板相連;開挖土方至地下室首層底板標(biāo)高,施工底板,與崗廈舊改項(xiàng)目地下室首層底板相連,然后開挖下一層土方,如此反復(fù),直至完成。(5)地下室首層底板完成后,向下開挖土方的同時(shí),可同時(shí)向上正作主體結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目目前南期基坑正在開挖。北期基